一项新的研究介绍了一种使用电场进行数据写入的低能量MRAM设备，与传统RAM的高能量需求形成鲜明的对比。
该方法以更低的功耗增强数据存储，利用先进的多铁异质结构获得更好的性能。
节能MRAM的发展
近年来，为解决传统随机存取存储器（RAM）的局限性，计算设备开发了新型存储器。磁阻式RAM （MRAM）在这些创新中脱颖而出，具有非易失性、高速、更大的存储容量和更高的耐用性等关键优势。然而，一个主要的挑战仍然存在：减少数据写入过程中的能耗。
大阪大学的研究人员在《先进科学》杂志上发表的一项研究中，介绍了一项突破性的MRAM技术，该技术可以显著降低书写过程中的能耗。这种方法用基于电场的系统取代了传统的基于电流的写入方法，降低了能源需求，并将MRAM定位为传统RAM的有前途的替代品。
比较DRAM和MRAM技术
传统的动态RAM （DRAM）设备具有由晶体管和电容器组成的基本存储单元。然而，存储的数据是易失的，这意味着需要能量输入来保留数据。相比之下，MRAM使用磁性状态（例如磁化方向）来写入和存储数据，从而实现非易失性数据存储。
该研究的主要作者Takamasa Usami解释说：“由于MRAM设备依赖于非易失性磁化状态，而不是电容器的易失性充电状态，因此它们在待机状态下的低功耗方面是DRAM的一个有希望的替代品。”
先进的MRAM写作技术
目前的MRAM器件通常需要电流来切换磁隧道结的磁化矢量，类似于DRAM器件中开关电容器的电荷状态。然而，在写入过程中，需要很大的电流来切换磁化矢量。这导致不可避免的焦耳加热，导致能源消耗。
用多铁异质结构增强MRAM
为了解决这个问题，研究人员开发了一种用于MRAM器件电场控制的新组件。关键技术是一种多铁质异质结构，其磁化矢量可以通过电场切换（上图2）。异质结构对电场的响应基本表征为逆磁电耦合系数；数值越大，表明磁化响应越强。
研究人员先前报道了一种多铁异质结构，其CME耦合系数大于10^-5 s/m。然而，部分铁磁层（Co2FeSi）的结构波动使得实现所需的磁各向异性具有挑战性，阻碍了可靠的电场操作。为了提高这种结构的稳定性，研究人员开发了一种新技术，在铁磁层和压电层之间插入超薄钒层。如上图3所示，通过插入钒层实现了清晰的界面，从而可靠地控制了Co2FeSi层的磁各向异性。此外，CME效应达到的值大于不包括钒层的类似器件所达到的值。
结果及未来影响
研究人员还证明，通过改变电场的扫掠操作，可以在零电场下可靠地实现两种不同的磁状态。这意味着可以在零电场下有意实现非易失性二进制状态。
资深作者Kohei Hamaya说：“通过精确控制多铁性异质结构，满足了实现实用磁电（ME）-MRAM器件的两个关键要求，即零电场的非易失性二元态和巨大的CME效应。”
这项自旋电子器件的这项研究最终可以在实际的MRAM器件上实现，使制造商能够开发ME-MRAM，这是一种低功耗写入技术，适用于需要持久和安全存储器的广泛应用。
如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！
